L’étude microscopique la plus complète des échantillons de LK-99 est publiée

Les impuretés de cuivre semblent être responsables du comportement supraconducteur apparent de LK-99. Un article chinois très bien illustré est publié aujourd’hui qui a étudié trois échantillons de LK-99 (nommés C, L et W) synthétisés par trois groupes indépendants. Ils sont caractérisés à l’échelle microscopique à l’aide de la microscopie optique, électronique (SEM) et de la spectroscopie de rayons X à dispersion d’énergie (EDS); on observe un matériau polyphasé, dominé par une phase plomb (Pb), dominée par Pb_10-xCu_X(APRÈS₄)₆O, et une autre phase de cuivre (Cu), dominée par Cu₂S (et après une phase de recuit thermique dans l’environnement par CuO_X). La lévitation supportée est observée dans un morceau de l’un des échantillons qui est dominé par Cu₂S. Régions avec Cu₂S sont diamagnétiques, tandis que la phase Pb montre un mélange de ferromagnétisme faible et de diamagnétisme. Des mesures électriques et magnétiques dans différentes régions de ces échantillons (en particulier C, le plus pur) indiquent que LK-99 est un semi-conducteur avec diamagnétisme, dont les propriétés électriques et magnétiques peuvent être expliquées par des impuretés de cuivre (Cu).₂S). Nous savions déjà tout cela, mais il est apprécié qu’il existe de nouvelles études qui le confirment.

Une étude théorique chinoise a également été publiée qui étudie le dopage au cuivre et à l’oxygène de l’apatite de plomb Pb avec DFT._dix(APRÈS₄)₆O, qui donne naissance à Pb₉Avec (PO₄)₆O (semi-conducteur) et Pb_dix(APRÈS₄)₆O₂ (métal). L’analyse thermodynamique conclut que pour réaliser un dopage au cuivre, un large excès de cuivre est nécessaire par rapport à l’oxygène (ce qui conduit à l’apparition d’impuretés de cuivre). De plus, il existe deux dopes de cuivre possibles, 4f-Pb (le cas le plus étudié avec DFT jusqu’à présent) et 6h-Pb (moins étudié mais énergétiquement plus favorable). Qu’est-ce qui peut expliquer les propriétés électriques et magnétiques du LK-99 qui ont été interprétées comme supraconductivité ? Selon cette étude, les chaînes Cu-O-Cu se comportent comme un conducteur unidimensionnel (1D); dans la direction cristallographique c, soit l’axe z de LK-99, au lieu d’être un semi-conducteur ce sera un bon conducteur avec σ^zz ≈ 6 × 10⁵ S/m (siemens par mètre, siemens étant l’inverse de l’ohm, 1 S = 1 / Ω) ; bien que cette valeur soit inférieure de deux ordres de grandeur à celle du cuivre (σ_Cu ≈ 5,9 × 10⁷ S/m) et un pire que le plomb (σ_Pb ≈ 9,6 × 10⁶ VOUS). Il est proposé que cette propriété et le diamagnétisme des impuretés de cuivre soient responsables des observations coréennes de supraconductivité putative à température ambiante.

Et un article canadien avec une spéculation suggestive que je commente à la fin de cet article. L’article expérimental chinois est Chang Liu, Wenxin Cheng, …, Yangmu Li, « Phases and magnetism at microscale in compounds contenant nominal Pb_10-xCu_X(APRÈS₄)₆O”, arXiv:2308.07800 [cond-mat.mtrl-sci] (15 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.07800; l’article chinois théorique est Liang Liu, Xue Ren, Jifan Hu, “Metallic states in Pb_dix(APRÈS₄)₆O induit par les insertions Cu/O et le dopage des porteurs », arXiv:2308.07345 [cond-mat.supr-con] (13 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.07345; el artículo canadiense es Benjamin T. Zhou, Marcel Franzm «Cu-substituted lead phosphate apatite as an inversion-asymetric Weyl semimetal», arXiv:2308.07408 [cond-mat.mtrl-sci] (14 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.07408.

Soit dit en passant, l’article théorique chilien avec DFT+U (LCMF, 3 août 2023) a maintenant deux nouveaux auteurs et quatre pages supplémentaires, mais conclut la même chose (LK-99 ne semble pas supraconducteur, mais il pourrait l’être), J . Cabezas-Escares, NF Barrera, …, F. Munoz, “, “Aperçu théorique sur le matériau LK-99 (Large update)]”, arXiv:2308.01135v2 [cond-mat.supr-con] (15 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.01135. Il existe également une nouvelle version de l’article chinois qui proposait que la lévitation supportée du LK-99 était due à son comportement ferromagnétique (LCMF, 08 août 2023) ; ce sont de petits changements qui laissent présager qu’il sera bientôt publié dans un magazine (peut-être Rapports scientifiques), Kaizhen Guo, Yuan Li, Shuang Jia, «Demi-lévitation ferromagnétique d’échantillons synthétiques de type LK-99», arXiv: 2308.03110v2 [cond-mat.supr-con] (15 août 2023), doi : https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.03110. Et quelque chose de similaire est observé avec (LCMF, 10 août 2023), Patrick A. Lee, Zhehao Dai, « Effective model for Pb₉Avec (PO₄)₆O”, arXiv:2308.04480v2 [cond-mat.supr-con] (13 août 2023), doi : Tout indique que dans quelques semaines, les articles d’arXiv que j’ai commentés dans ce blog commenceront à être publiés dans des revues à comité de lecture.

[PS] Hoy se publica en Nature una noticia de Dan Garisto que da por muerta la supraconductividad de LK-99. Dan Garisto, « LK-99 n’est pas un supraconducteur — comment les détectives scientifiques ont résolu le mystère. Les réplications ont reconstitué le puzzle de la raison pour laquelle le matériau présentait des comportements de type supraconducteur », Actualités, Nature, 16 août 2023. “Le travail [científico] détective que [ha permitido] rassembler toutes les pièces de l’observation originale, c’est vraiment fantastique ; et relativement rare. De plus, “cela illustre parfaitement pourquoi des cristaux individuels sont nécessaires” (comme ceux cultivés et étudiés dans l’article signé par les chercheurs espagnols, Max Planck et Princeton, sur les réseaux sociaux appelés Article de Princeton). “Le résultat était un cristal violet transparent : LK-99 pur, ou Pb_8.8Cu_1.2(APRÈS₄)₆O. Sans impuretés, le LK-99 n’est pas un supraconducteur, mais un isolant avec une résistance de plusieurs millions d’ohms, trop élevée pour une mesure de conductivité standard. Il montre du ferromagnétisme et du diamagnétisme, mais insuffisant pour réaliser une lévitation assistée. Par conséquent, la présence de supraconductivité est exclue.” En réalité, comme vous avez pu le lire dans ce blog, les conclusions dudit article ne sont pas aussi radicales que Garisto l’affirme en se basant sur les déclarations d’un de ses auteurs (comme je vous l’ai déjà dit dans LCMF, 09 août 2023). [/PS]

Ce sont les résultats pour l’échantillon C (plus précisément C1) de l’article chinois qui étudie trois échantillons (C, L et W). La susceptibilité magnétique de l’échantillon C1 (le plus pur de LK-99) passe de positive à négative autour de 8K, un comportement similaire à celui observé pour Cu.₂Oui; en effet, en dessous de 100 K, le diamagnétisme observé dans la phase Pb est très similaire à celui montré par Cu₂S, bien qu’il soit maintenu jusqu’à 400 K. L’hystérésis observée autour de 370 K dans Cu₂S n’est pas observé dans l’échantillon C1 de LK-99. La transition de la résistivité de l’échantillon C1 autour de 260 K a été comparée aux mesures dans deux régions dudit échantillon dominées par la phase Pb (LK-99) et par la phase Cu (Cu₂S), figure ci-dessus à droite, montrant qu’elle peut s’expliquer par un mélange entre les deux phases. En résumé, une grande partie de ce que nous savons sur le LK-99 s’explique par les impuretés de cuivre.

Peut-être aimeriez-vous que je commente l’article canadien, qui fait un dernier saut dans le vide d’órdago. Il propose que la structure cristalline de Pb₉Avec (PO₄)₆Ou il est similaire à celui du graphène (un double réseau triangulaire d’atomes de cuivre et de plomb). Grâce à cela, il se comporterait comme un semi-métal de Weyl, pouvant montrer un fort diamagnétisme (le même que le graphène, qui est un semi-métal de Dirac) —je ne sais pas si vous percevez mon ironie entre les lignes—. Ainsi, ils proposent que sa supraconductivité supposée soit superficielle, étant similaire à celle du graphène bicouche tourné avec un angle magique. Que LK-99 soit un matériau topologique est une réplique spéculative qui, bien sûr, nécessite de synthétiser le composé avec une ultra-pureté (bien au-delà de ce qui est synthétisé en laboratoire). Comme il est évident, tout l’argument est pris du mauvais pied (et de plus, il est basé sur les premiers résultats DFT pour la structure de bande, dont nous savons déjà qu’ils utilisent une structure cristalline inadéquate, bien que populaire). Étant fastidieux de lire tous les articles sur LK-99 qui paraissent dans arXiv, celui qui me fait sourire est apprécié (sans dénigrer les auteurs, qui croiront ce qu’ils disent —bien sûr?—).